第5章 第4节 核裂变与核聚变&第5节 基本粒子（教师版）-【创新教程】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册五维课堂同步复习（人教版）

物理·选择性必修第三册 第四节 核裂变与核聚变 第五节 “基本”粒子 学习目标 核心素养 1.知道核裂变、链式反应的概念，会计算核裂变释放的 核能。 1.物理观念：核裂变、核聚变、链式反应、新粒子. 2.了解核反应堆的工作原理、知道核电站的工作流程」 2.科学思维：对核裂变、核聚变的理解及核能的计 3.知道核聚变的概念、条件及受控热核反应的控制方案， 算，核反应堆的分析与新粒子的认识。 会计算核聚变释放的核能， 3.科学方法：实验法、计算法、分析法、比较法。 4.了解新粒子的发现和粒子的分类。 自主预习。探新知 对应学生用书P103 [知识点1]核裂变 (4)能量输出 1.核裂变的发现 核燃料裂变释放的能量使反应区温度升高，水或 (1)核裂变 液态的金属钠等流体在反应堆外循环流动，把反 重核被中子轰击后分裂成两个质量差不多的新原 应堆内的热量传输出去，用于发电。 子核，并放出核能的过程. 说明：核裂变是可以控制的，如核电站的建立和 (2)铀核裂变 应用 用中子轰击铀核时，轴核发生裂变，其产物是多种 [知识点2]核聚变 多样的，其中一种典型的反应是2U十n→Ba 1.定义 +89Kr+3n 两个轻核结合成质量较大的核，这样的核反应叫作 (3)链式反应 当一个中子引起一个重核裂变后，裂变释放的中 核聚变 子再引起其他重核裂变，且能不断继续下去，这种 2.举例 由重核裂变产生的中子使核裂变反应一代一代继 H+H→He+n+17.6MeV. 续下去的过程，叫作核裂变的链式反应 3.条件 (4)链式反应的条件 (1)轻核的距离要达到1015m以内。 发生裂变物质的体积大于临界体积或裂变物质的 (2)需要加热到很高的温度，因此又叫热核反应. 质量大于临界质量， 4.优点 2.反应堆与核电站 (1)轻核聚变产能效率高， (1)核能释放的控制 (2)地球上聚变燃料的储量丰富. 通过可控制的链式反应实现核能释放的装置称为 (3)轻核聚变更为安全、清洁. 核反应堆 5.约束方法 (2)慢化剂 磁约束和惯性约束 反应堆中，为了使裂变产生的快中子减速，在轴棒 周围要放“慢化剂”，常用的慢化剂有石墨、重水和 [知识点3]粒子 普通水（也叫轻水）. 1.基本粒子不基本 (3)控制棒 (1)直到19世纪末，人们都认为光子、电子、质子和中 为了控制反应速度，还需要在铀棒之间插进一些 子是基本粒子 镉棒，它吸收中子的能力很强，反应过于激烈时， (2)随着科学的发展，科学家们发现了很多的新粒子 可将其插人深一些，多吸收一些中子，链式反应的 并不是由以上基本粒子组成的，并发现质子、中子 速度就会慢一些，这种镉棒叫作控制棒 等本身也有复杂结构， ·180· 第五章原子核 2.发现新粒子 (3)核聚变反应中平均每个核子放出的能量比裂变时 (1)新粒子：1932年发现了正电子，1937年发现了u子， 小一些。 (×) 1947年发现了K介子和π介子及以后的超子等。 (4)质子、中子、电子都是不可再分的基本粒子.(×) (2)粒子的分类：大体可分为强子、轻子、规范玻色子 2.基础理解 和希格斯玻色子几种类型. 核裂变示意图如图所示」 (3)夸克模型的提出：1964年美国物理学家盖尔曼提 。中子 中子 85Kr 出了强子的夸克模型，认为强子是由夸克构成的. 说明：反粒子最显著的特点是当它们与相应的正 9236U 235U (不稳定) 144Ba 粒子相遇时，会发生“湮灭”，即同时消失而转化成 甲 丙 丁 其他的粒子. (1)试写出一种轴核裂变的核反应方程. [自我检测] (2)只要有中子轰击轴块就可以产生链式反应吗？ 1.思维辨析 答案：(1)235U+n→Ba十8Kr+30n. (1)铀核的裂变是一种天然放射现象。 (×) (2)有中子轰击铀块，铀块的体积大于临界体积，这 (2)铀块的质量大于临界质量时链式反应才能不停地 样就可以产生链式反应」 进行下去。 (√) 合作摒究。攻重难 对应学生用书P104 究1 对核裂变和链式反应的理解 (3)常见的裂变方程： ◆[探究导引 ①n+25U→tBa+8%Kr+3n 如图所示为重核裂变的链式反应。 ②285U+0n→6Sr+19Xe+3n. 龄腾 2.链式反应的条件 (1)铀块的体积大于临界体积. (2)铀块的质量大于临界质量. 以上两个条件满足一个即可. [例1]（多选）2017年11月17日，“中国核潜艇之 试探究：(1)什么是链式反应？ 父”一黄旭华获评全国道德模范.下列有关核反 (2)链式反应中的临界体积指什么？ 应的说法正确的是 () 提示：(1)重核裂变产生的中子使裂变反应一代接 A.目前核潜艇是利用重核裂变提供动力 一代继续下去的过程叫链式反应。 B.重核裂变反应前后一定有质量亏损 (2)能发生链式反应的最小体积叫临界体积，相应 C.U+bn→Xe+96Sr+d6n式中d=1 的质量叫临界质量 D.铀核裂变后的新核比铀核的比结合能小 ◆[探究归纳] 思路点拨：(1)核裂变放出能量，比结合能变大 1.铀核的裂变和裂变方程 (2)核反应方程，质量数守恒、电荷数守恒. (1)核子受激发：当中子进入轴235后，便形成了处于 [解析]目前核潜艇是利用重核裂变提供动力， 激发状态的复核，复核中由于核子的激烈运动，使 选项A正确；重核裂变要释放核能，则反应前后 核变成不规则的形状。 一定有质量亏损，选项B正确；根据质量数和电荷 (2)核子分裂：核子间的距离增大，因而核力迅速减 数守恒可知，该核反应中的d=2,选项C错误；铀 弱，使得原子核由于质子间的斥力作用而分裂成 核不如裂变后生成的新核稳定，可知铀核的比结 几块，同时放出2或3个中子，这些中子又引起其 合能比裂变后生成的新核的比结合能小，选项D 他铀核裂变，这样，裂变就会不断地进行下去，释 错误 放出越来越多的核能 [答案]AB ·181· 物理·选择性必修第三册 汇规律方法] 试探究：(1)铀235是容易吸收快中子还是慢中子 对重核裂变的两点理解 后发生裂变反应？ (1)重核裂变是中子轰击质量数较大的原子核，使之 (2)如何控制裂变反应的激烈程度？ 分裂成中等质量的原子核，同时释放大量的能量，放 提示：(1)慢中子. 出更多的中子的过程， (2)控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒 (2)重核的裂变是放能核反应，原因是核反应前后质 插入深一些，让它多吸收一些中子，链式反应的速 量有亏损，根本原因是重核的比结合能相比中等质 度就会慢一些，反之，应使控制棒插入浅一些，让它 量的核的比结合能要小.所以在重核分解为两个中 少吸收一些中子，链式反应的速度就会快一些 等质量核的过程中要释放能量，而且释放的能量远 ◆[探究归纳] 大于它俘获中子时得到的能量， 1.核电站的主要组成 ◆[跟踪训练] 核电站的核心设施是核反应堆，反应堆用的核燃 [训练角度1]对核裂变的理解 料是轴235，它的主要部件列表如下： 1.下列核反应中，表示核裂变的是 部件 热循环 A.a8U→36Th+He 慢化剂 控制棒 保护层 名称 介质 B.C→N+_e C.22U-on Ba+3Kr+3on 石墨、重水 采用的 或普通水 水或液 很厚的水 D.Be+2HeC+on 镉 解析：C[88U→8Th十He是a衰变，C→N 材料《也叫轻水 态钠 泥外壳 十_Ie是B衰变，4Be十He→lC十n是人工转变， 只有选项C是重核裂变，C正确.] 屏蔽 降低中子 吸收中子， 把反应堆 射线， [训练角度2]对链式反应的理解 作用 速度，便于 控制反 内的热量 2.铀核裂变时，对于产生链式反应的重要因素，下列 防止放射 轴235吸收 应速度 传输出去 说法中正确的是 性污染 A.轴块的质量是重要因素，与体积无关 2.反应堆工作原理 B.为了使裂变的链式反应容易发生，最好直接利用 (1)热源：在核电站中，核反应堆是热源，如图为简化 裂变时产生的中子 的核反应堆示意图：铀棒是燃料，由天然铀或浓缩 C.若铀235的体积超过它的临界体积，裂变的链式 轴（轴235的含量占2~4%）制成，石墨、重水或普 反应就能够发生 通水为慢化剂，使反应生成的快中子变为慢中子， D.能否发生链式反应与铀块的质量无关 便于铀235的吸收，发生裂变，慢化剂附在铀棒 解析：C[要使铀核裂变产生链式反应，铀块的体 周围 积必须大于临界体积.裂变反应中产生的中子为快 镉棒 中子，这些快中子不能直接引发新的裂变.如果铀 水泥防护层 块的质量大，则其体积大，若超过临界体积则发生 链式反应，由此知A、B、D错误，C正确.] 究2 核电站与核反应堆 ◆汇探究导引] 慢化剂 铀棒 如图是慢中子反应堆的示意图， 反应堆示意图 控制棒 水泥防护层 (2)控制棒：镉棒的作用是吸收中子，控制反应速度， 所以也叫控制棒.控制棒插人深一些，吸收中子 多，反应速度变慢，插人浅一些，吸收中子少，反应 速度加快，采用电子仪器自动调节控制棒插人深 铀棒 慢化剂 度，就能控制核反应的剧烈程度， ·182 第五章原子核 (3)冷却剂：核反应释放的能量大部分转化为内能，这 [训练角度2]控制裂变反应速度的方法 时通过水、液态钠等作冷却剂，在反应堆内外循环 4.在核反应中，控制铀235核裂变反应速度的方法是 流动，把内能传输出去，用于推动蒸汽机，使发电 机发电. A.使用浓缩轴 B.改变铀块的临界体积 发生裂变反应时，会产生一些有危险的放射性物 C.通过自动控制装置，改变镉棒插人的深度，以控 质，很厚的水泥防护层可以防止射线辐射到外面. 制反应速度 3.核电站发电的优点 D.利用石墨与中子的碰撞来改变中子的速度 (1)消耗的核燃料少. 解析：C[利用控制系统吸收慢中子，控制链式反 (2)作为核燃料的铀、钍等在地球上可采储量大 应的速度，C选项正确.] (3)对环境的污染要比火力发电小. 探究3 对核聚变的理解 [例2]每昼夜消耗220g铀235的原子能发电站， ◆[探究导引] 如果效率为25%，它能产生的电功率为多大？（每 据报道，中科院离子物理所经过八年的艰苦奋斗努 个铀核裂变时放出的能量是200MeV) 力，终于率先建成了世界上第一个全超导的托克马 思路点拨：由题条件求出总能量，再求出有用功，除 克试验装置并调试成功.这种装置被称为“人造太 以时间得到电功率 阳”（如图所示），它能够承受上亿摄氏度高温且能 [解析]一昼夜消耗的铀所能产生的核能为： 够控制等离子态的核子发生聚变并稳定持续地输 出能量，就像太阳一样为人类提供无限清洁的 △E=200×220×6.02×1023×10°×1.6X1019j 235 能源. =1.8×103J 电功率P=号E-10X965W=5.2X 24×3600 10W. [答案]5.2×10W 问题探究：(1)请写出此核聚变的方程式； ◆汇跟踪训练] (2)请说出核聚变能源的优点， [训练角度1]原子反应堆的组成 提示：(1)核聚变方程：H+H→He+n 3.原子反应堆是实现可控制的重核裂变的一种装置， +17.6MeV 它主要由四部分组成 ( (2)优点：①产能效率高②核燃料储量丰富③ A.原子燃料、减速剂、冷却系统、控制调节系统 安全、清洁 ◆[探究归纳] B.原子燃料、减速剂、发热系统、传热系统 1.聚变发生的条件 C.原子燃料、减速剂、碰撞系统、传热系统 要使轻核聚变，必须使轻核接近核力发生作用的距离 D.原子燃料、中子源、原子能储存系统、输送系统 105m,这要克服电荷间强大的斥力作用，要求使轻 解析：A[原子反应堆里用的核燃料是用浓缩铀 核具有足够大的动能.要使原子核具有足够大的动能， (铀235的含量占2%~4%)制成的轴棒；铀235易 就要给它们加热，使物质达到几百万开尔文的高温. 俘获慢中子，不易俘获快中子，必须使用减速剂（如 2.轻核聚变是放能反应 石墨、重水、普通水)，让快中子跟减速剂的原子核 从比结合能的图线看，轻核聚变后比结合能增加， 碰撞后能量减少，变成慢中子；控制调节系统是用 因此聚变反应是一个放能反应. 3.核聚变的特点 于调节中子的数目以控制反应速度，它是由镉做成 (1)在消耗相同质量的核燃料时，轻核聚变比重核裂 的置放在铀棒之间的一些控制棒及计算机调节系 变释放出更多的能量 统组成；冷却系统靠水或液态金属钠等流体在反应 (2)热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠 堆内外循环流动，把反应堆内的热量传输出去，用 自身产生的热就可以使反应进行下去 于发电，同时使反应堆冷却，保证安全，故A项 (3)普遍性：热核反应在宇宙中时时刻刻地进行着，太 正确.] 阳就是一个巨大的热核反应堆. ·183· 物理·选择性必修第三册 4.核聚变的应用 ◆[跟踪训练] (1)核武器一氢弹：一种不需要人工控制的轻核聚 [训练角度1]对核聚变的理解 变反应装置.它利用弹体内的原子弹爆炸产生的 5.关于轻核聚变释放核能，下列说法正确的是( 高温高压引发热核聚变爆炸。 A.一次聚变反应一定比一次裂变反应释放的能 (2)可控热核反应：目前处于探索阶段 量多 5.重核裂变与轻核聚变的区别 B.聚变反应比裂变反应每个核子释放的平均能量 一定大 比较项目 重核裂变 轻核聚变 C.聚变反应中粒子的比结合能变小 D.聚变反应中由于形成质量较大的核，故反应后 重核分裂成两个或两个轻核结合成质 质量变大 放能原理 多个中等质量的原量较大的原子核，放 解析：B[聚变反应的比结合能大于裂变反应的比 子核，放出核能 出核能 结合能，但参与的核子数目裂变大于聚变，故聚变 反应释放的总能量不一定多，故A、C错误，B正 聚变反应比裂变反应平均每个核子放出 确；由于聚变反应释放能量，发生质量亏损，故聚变 放能多少 的能量大约要大3~4倍 后核的质量减少，故D错误.门 [训练角度2]聚变核能的计算 燃料储量 6.太阳内部核反应的主要模式之一是质子一质子循 聚变燃料储量丰富 情况 环，循环的结果可表示为 41H>&He+2e+2y 核废料处 聚变反应的核废料处理要比裂变反应容 已知H和He的质量分别为m,=1.0078u和m 理难度 易得多 =4.0026u,1u=931MeV/c2,c为光速.在4 个1H转变为1个He的过程中，释放的能量约为 [例3]氘核(H)和氚核(H)结合成氢核(He)的 核反应方程如下：H+H→He+n+17.6MeV A.8 MeV B.16 MeV (1)这个核反应称为 C.26 MeV D.52 MeV (2)要发生这样的核反应，需要将反应物质的温度 解析：C[核反应质量亏损△m=4×1.0078u 加热到几百万开尔文.式中17.6MeV是核反应中 4.0026u=0.0286u,释放的能量△E=0.0286× (选填“放出”或“吸收”)的能量，核反应后 931MeV≈26.6MeV,选项C正确.] 生成物的总质量比核反应前物质的总质量 (选填“增加”或“减少”)了 kg(保留一位 [创新拓展提素养] 有效数字). 人造太阳 思路点拨：(1)两个轻核结合成一个中等质量的核， “人造太阳”就是通过创 是核聚变. 造一种容器来控制高温等离 (2)核聚变有质量亏损，放出热量。 子体的一种装置.“托卡马克” [解析]在轻核聚变反应中，由于质量亏损，放出核 是一种磁约束环，里面是一个 能，由△正=，可以求得m≈3X10”起 甜甜圈形的真空腔，外边包裹 着磁线圈，在真空腔内部产生环形磁场，等离子态的 [答案](1)核聚变(2)放出减少3×109 核聚变燃料就在里面绕圈圈.中国人造太阳的真名叫 汇规律方法] “EAST”,今年实现了1亿度运行100秒. (1)核聚变反应和一般的核反应一样，也遵循电荷数 [典例展示]我国自行研制了可控热核反应实验装 和质量数守恒，这是书写核反应方程式的重要 置“超导托卡马克”（英名称为EAST,俗称“人造太 依据. 阳”).设可控热核实验反应前氘核(H)的质量为 (2)核能的计算关键是要求出核反应过程中的质量 m1,氚核(H)的质量为m2,反应后氦核(He)的质 亏损，然后代入△E=△mc2进行计算. 量为m,中子(n)的质量为m·光速为c.下列说 法错误的是 ) ·184 第五章原子核 A.这种装置中发生的核反应方程式是H+H 质量数守恒，但质量不守恒，核反应过程中存在质 →He+on 量亏损，因此m1十m2≠m十m4,故B错误；核反应 B.由核反应过程质量守恒可知m1十m2=m十m 过程中的质量亏损△m=m1十m2一m3一m,释放 C.核反应放出的能量等于(m1十m2一m一m4)c 的核能△E=△mc2=(m1十m2-m3-m4)c2,故C D.这种装置与我国大亚湾核电站所使用核装置的 正确；这种装置的核反应原理是核聚变，我国大亚 核反应原理不相同 湾核电站所使用核装置的核反应原理是核裂变，它 [解析]可控热核反应装置中发生的核反应方程 们的核反应原理不相同，故D正确. 式是H十H→He十bn,故A正确；核反应过程中 [答案]B 课堂自测⊙夯基础 对应学生用书P107 1.(粒子的分类)（多选）关于人们发现的新粒子，下列 解析：BD[重核裂变和轻核聚变都能释放巨大的能 说法正确的是 量，由爱因斯坦质能方程知两过程均会有质量亏损.] A.许多粒子都有自己的反粒子 4.(裂变的理解)（多选）关于铀核裂变，下列说法正确 B.把粒子分为强子、轻子、媒介子，根据是粒子与各 的是 种相互作用的关系 A.铀核裂变的产物是多种多样的，但只能裂变成 C.质子属于强子 两种不同的核 D.光子属于轻子 B.轴核裂变时还能同时释放2~3个中子 解析：ABC[根据粒子的分类、粒子与反粒子描述 C.为了使裂变的链式反应容易进行，最好用轴235 知A、BC正确；光子属于媒介子，D错误.] 而不用轴238 2.(对聚变的理解)（多选）下列说法正确的是( D.轴块的体积对产生链式反应无影响 A.聚变是裂变的逆反应 解析：BC[铀核受到中子的轰击，会引起核裂变， 放出2~3个中子，裂变的产物是多样的，具有极大 B.核聚变反应须将反应物加热到数百万开尔文以 的偶然性，只是裂变成两块的情况多，也有的分裂 上的高温，反应时放出能量 成多块，A错误，B正确；铀235受慢中子的轰击 C.轻核聚变比裂变更为安全、清洁 时，裂变的概率大，而铀238只有俘获能量在1 D强子是参与强相互作用的粒子，中子是最早发 MeV以上的中子才能引起裂变，且裂变的概率小， 现的强子 C正确；而要引起链式反应，需使铀块体积超过临 解析：BC[聚变和裂变的反应物和生成物完全不 界体积，D错误.] 同，两者无直接关系，并非互为逆反应，故A错误； 5.(聚变核能的计算)一个质子和两个中子聚变为一 实现聚变反应必须使参加反应的轻核充分接近，需 个氚核，已知质子质量m=1.0073u,中子质量 要数百万开尔文的高温，但聚变反应一旦实现，所 m.=1.0087u,氚核质量m=3.0180u. 释放的能量远大于所吸收的能量，所以聚变反应还 (1)写出聚变方程. 是释放能量，故B正确；实现聚变需要高温，一旦出 (2)释放出的核能多大？（结果保留2位小数） 现故障，高温不能维持，反应就自动终止了，另外， (3)平均每个核子释放的能量是多大？ 聚变反应比裂变反应生成的废物数量少，容易处 解析：(1)聚变方程：1H+2n→H. 理，故C正确；质子是最早发现的强子，故D (2)质量亏损 错误.门 △m=mH+2m.-m=(1.0073+2×1.0087 3.(裂变和聚变对比)（多选）重核裂变和轻核聚变是 3.0180)u=0.0067u 人们获得核能的两个途径，下列说法中正确的是 释放的核能 ( △E=△m×931MeV=0.0067×931MeV A.裂变过程质量增加 ≈6.24MeV. B.裂变过程质量亏损 (3)平均每个核子放出的能量 C.裂变过程和聚变过程都有质量增加 6.24MeV=2.08MeV. 3 D.聚变过程有质量亏损 答案：见解析 ·185· 物理·选择性必修第三册 课后素美。提升练 对应学生课时P51.。 [基础达标练] 解析：D[铀238具有放射性，放出一个α粒子，变 1.(多选)关于重核的裂变，以下说法正确的是() 成钍234，A正确.轴238和铀235质子数相同，互 A.核裂变释放的能量等于它俘获中子时得到的 为同位素，B正确.核辐射能导致基因突变，是皮肤 能量 癌和白血病的诱因之一，C正确.贫铀弹的穿甲力 B.中子从轴块中通过时，一定发生链式反应 很强，是因为它的弹芯是由高密度、高强度、高韧性 C.重核裂变释放出大量能量，产生明显的质量亏 的铀合金组成，袭击目标时产生高温化学反应，所 损，但核子数不变 以其爆炸力、穿透力远远超过一般炸弹，D错误.] D.重核裂变为中等质量的核时有质量亏损，放出 4.(多选)请根据所学物理知识，判断下列说法中正确 核能 的是 () 解析：CD[核裂变释放的能量来源于裂变过程的 A.核能发电对环境的污染比火力发电要小 质量亏损，是核能转化为其他形式能的过程，其能 B.核能发电对环境的污染比火力发电要大 量远大于俘获中子时吸收的能量，A错误，D正确. C.都只利用核裂变释放大量的原子能 发生链式反应是有条件的，铀块的体积必须大于其 D.既有核裂变，又有核聚变释放大量的原子能 临界体积，否则中子从铀块中穿过时，可能碰不到 解析：AC[目前核电站都用核裂变，其原料是铀， 原子核，则不会发生链式反应，B错误.重核裂变 且污染程度小，核能是一种比较清洁的能源，A、C 时，核子数守恒，C正确.门 正确，B、D错误.] 2.(多选)能源是社会发展的基础，发展核能是解决能 5.2020年11月12日，中科院等离子体研究所发布消 源问题的途径之一.下列释放核能的反应方程，表 息，我国“人造太阳”项目获得重大突破.首次实现 述正确的有 ( 加热功率超过10兆瓦，等离子体储能增加到300 A.H十H→He十n是核聚变反应 千焦，在电子回旋与低杂波协同加热下，等离子体 中心电子温度首次达到1亿摄氏度.“人造太阳”的 B.H+H-→He十bn是3衰变 主要核反应方程是H十H→He十n,关于该反应 C.aU+}n→1Ba十9Kr十3n是核裂变反应 下列说法正确的是 D.5U+}n→1Xe十6Sr+2n是a衰变 A.该反应为链式反应 解析：AC[两个轻核聚合成一个较重的核的反应 B.该反应为热核反应 为核聚变反应，故A正确，B错误；重核被中子轰击 C.该反应过程吸收热量 后分裂成两个中等质量的原子核并放出若干个中 D.He的比结合能比H、H的比结合能都小 子的反应为核裂变反应，故C正确；原子核放出α 解析：B[该反应为聚变反应，又称为热核反应，A 或3粒子后变成另一种原子核的反应称为原子核 错误，B正确；该反应过程放出热量，C错误；比结 的衰变，原子核的衰变的反应物只有一种，故D 合能越大原子核越稳定，He的比结合能比H、H 错误.] 的比结合能都大，D错误.] 3.贫轴炸弹是一种杀伤力很强的武器，贫铀是提炼轴 6.用中子(0n)轰击轴核(23U)发生裂变反应，会产生 235以后的副产品，其主要成分为轴238，贫轴炸弹 钡核(Ba)和氪核(Kr),并释放中子(n),当达 不仅有很强的穿甲能力，而且轴238具有放射性， 到某些条件时可发生链式反应.一个铀核(U)裂 残留物可长期对环境起破坏作用而造成污染.人长 变时，质量亏损为△m,已知光在真空中的传播速度 期生活在该环境中会受到核辐射而患上皮肤癌和 为c,以下说法正确的是 白血病.下列叙述错误的是 ( A.35U的裂变方程为85U→16Ba十96Kr+2n A.铀238的衰变方程式：8U8Th十He B.U发生链式反应的条件与铀块的温度有关 B.35U和38U互为同位素 C.U发生链式反应的条件与铀块的体积有关 C.人患皮肤癌和白血病是因为核辐射导致了基因 D.一个铀核(U)裂变时，放出的能量△E= 突变 D.贫铀弹的穿甲能力很强，也是因为它的放射性 ·186· 第五章原子核 解析：C[285U的裂变方程为5U+bn→1%Ba十 [能力提升练] Kr十3，n,故A错误；当铀块体积达到临界体积时 9.(多选)由中国提供永磁体的 才能使链式反应不断进行下去，与铀块的温度无 阿尔法磁谱仪如图所示，它于 关，B错误，C正确；根据爱因斯坦质能方程可知一 2011年5月16日由“奋进号” 个85U裂变时，放出的能量为△E=△mc2,D 航天飞机携带升空，安装在国 错误.] 际空间站中，主要使命之一是 7.慢中子反应堆的示意图如图所示，对该反应堆的下 探索宇宙中的反物质.所谓的 x2××××4× 列说法中正确的是 反物质即质量与正粒子相等，带电荷量与正粒子相 等但电性相反，例如反质子即为，H.假若使一束 质子、反质子，a粒子和反a粒子组成的射线，通过 慢化剂 速度选择器沿OO,进人匀强磁场形成4条径迹， 则 ( A.1、2是反粒子径迹 B.3、4为反粒子径迹 铀棒 C.2为反a粒子径迹 D.4为反a粒子径迹 解析：AC[由题图可知，粒子先通过速度选择器 水泥防护层 沿OO做匀速直线运动（重力忽略不计）.四种粒子 A.铀235容易吸收快中子发生裂变反应 速度均大小相等，方向相同，它们进入同一匀强磁 B.快中子跟慢化剂的原子核碰撞后的能量减少，变 场后受到洛伦兹力作用而做匀速圆周运动.又因电 成慢中子，慢中子容易被铀235俘获而引起裂 性不同而受力方向相反，根据左手定则可判断反粒 变反应 子刚进入磁场时受洛伦兹力方向向左，则1、2是反 C.控制棒由镉做成，当反应过于激烈时，使控制棒 插入浅一些，让它少吸收一些中子，链式反应的 粒子的径篷，航连半径r一调，因反。教子的比荷 速度就会慢一些 比反质子的比荷小，则反α粒子的轨迹半径比反 D.要使裂变反应更激烈一些，应使控制棒插人深 n 一些，使大量快中子碰撞控制棒后变成慢中子， 质子的大，因此2为反α粒子的径迹.故选项A、C 链式反应的速度就会快一些 正确.] 10.(多选)一种典型的铀核裂变是生成钡和氪，同时放出 解析：B[快中子容易与铀235“擦肩而过”，铀核 3个中子，核反应方程是5U十X→1Ba十Kr十3n. 不能“捉”住它，不能发生核裂变，快中子跟慢化剂 已知部分原子核的比结合能与核子数的关系如图所 的原子核碰撞后能量减少，变成慢中子，慢中子容 示，下列说法正确的是 ( 易被铀235俘获而引起裂变反应，选项B正确，A +比结合能/MeV 错误；控制棒由镉做成，镉吸收中子的能力很强，当 9 反应过于激烈时，使控制棒插入深一些，让它多吸 收一些中子，链式反应的速度就会慢一些，选项C、 Nd 235U D错误.] 核子数 7 8.大科学工程“人造太阳”主要是将核反应H十H 4080 120 160 200240 →He十n中释放的能量用来发电，已知H的质 A.核反应方程中，X粒子是中子 量为2.0136u,He的质量为3.0150u,0n的质 B.核反应方程中，X粒子是质子 量为1.0087u,1u=931MeV/c2.该核反应中释 C.3U,1Ba,Kr相比，1Ba核的比结合能最 大，它最稳定 放的核能约为 D.3U,1Ba,9Kr相比，85U核的核子数最多，它 A.3.7 MeV B.3.3 MeV 的结合能最大. C.2.7 MeV D.0.93 MeV 解析：AD[根据铀核裂变的原理可知，铀核需要 解析：B[该核反应的质量亏损为△m=2×2.013 吸收一个中子后才会发生裂变，所以X一定是中 6u-(3.0150u+1.0087u)=0.0035u,可知该 子，A选项正确，B选项错误；分析比结合能随核 核反应中释放的核能为△E=0.0035×931MeV 子数变化的曲线可知，在铁原子核附近比结合能 =3.3MeV,选项B正确.] 最大，然后随核子数的增大，比结合能减小，所 187 物理·选择性必修第三册 以5U,1Ba,Kr相比，Kr核的比结合能最大， 且便于防护其产生的核辐射.请据此猜测“玉兔 最稳定，C选项错误；原子核中核子数越多的结合 号”所用的核能电池有可能发生的核反应方程是 能越大，故U与Ba、Kr相比，25U核的核子 ( 数最多，它的结合能最大，D选项正确.] A.H+H-He+in 11.曾落在日本广岛上的原子弹，相当于2万吨TNT炸 B.285U+n→15Ba十88Kr十3n 药放出的能量.原子弹放出的能量约8.4×108J,试 C.8a8Pu→Am+"1e 问有多少个5U原子核进行分裂？该原子弹中含 D.3Al+2He→eP+n 铀U的质量最小限度为多少千克？（一个轴U 解析：C[A选项中的方程所对应的核反应是轻 原子核分裂时所产生的能量约为200MeV) 核聚变反应，反应剧烈，至今可控聚变反应还处于 解析：一个25U原子核分裂时所产生的能量约为 实验研究阶段，所以不宜采用，故A错误；B选项 200MeV=200×10eV=2.0×108X1.6X1019J= 中的方程所对应的核反应是重核裂变反应，虽然 3.2×1011J. 实现了人工控制，但因反应剧烈，防护要求高，还 设共有n个U核发生裂变： 不能小型化，目前只有一些大型的核电站采用，故 8.4×1018 3.2×10T个≈2.6X1024个， B错误；C选项中的方程所对应的核反应是人工 放射性同位素的衰变反应，是小型核能电池主要 轴的质量m=235×103×2.6×1024 6.02X10kg 采用的反应方式，故C正确；D选项中的方程所对 应的核反应是人工转变核反应，需要高能α粒子， ≈1.015kg 在月球车上不易实现，故D错误.] 答案：2.6×1024个1.015kg 14.(2020·浙江卷)（多选）太阳辐射的总功率约为4 12.两个氘核聚变产生一个中子和一个氢核（氦的同 ×106W,其辐射的能量来自于聚变反应.在聚变 位素)，并释放3.26MeV的核能，请完成下列 反应中，一个质量为1876.1MeV/c(c为真空中的 问题 光速)的氘核(H)和一个质量为2809.5MeV/c2的 (1)写出聚变方程式并计算质量亏损；（已知1u 氚核(H)结合为一个质量为3728.4MeV/c2的氦核 相当于931.5MeV的能量)（结果保留2位有效 (He),并放出一个X粒子，同时释放大约17.6MeV 数字) (2)若反应前氘核的动能均为E,=0.35MeV,它 的能量.下列说法正确的是 们正面对撞发生核聚变，且反应后释放的核能全 A.X粒子是质子 部转变为动能，则反应产生的中子的动能为多大？ B.X粒子的质量为939.6MeV/c2 解析：(1)根据电荷数守恒、质量数守恒写出核反 C.太阳每秒因为辐射损失的质量约为4.4× 应方程：H+H→He十n,根据爱因斯坦质能方 10°kg D.太阳每秒因为辐射损失的质量约为17.6 程可知，△E=△mc2,即△m= △E_3.26 c2 931.5 山≈ MeV/c2 0.0035u. 解析：BC[A.由质量数和电荷数守恒可知，X的 (2)碰撞过程中，动量守恒，反应前氘核的动能相等， 质量数为1，电荷数为0，则X为中子，选项A错 故动量等大方向，有0=m一m,,反应过程中 误；B.根据能量关系可知m,c2=1876.1十2809.5 能量守恒，a△E+2E。7mt成十7m:解得司 -3728.4-17.6,解得mn=939.6MeV/c2,选项 B正确：C.太阳每秒放出的能量E=Pt=4×10J, m0.99 MeV2.97 MeV, 损先的境爱△m号-8kg≈.4X10k 答案：(1)H+H→He+0n0.0035u (2)2.97MeV 选项C正确：D.因为E=4X10J=,4X10 1.6X105eV= [创新应用练] 2.5X105eV=2.5×109MeV,则太阳每秒因为辐 13.我国科学家为解决“玉兔号”月球车长时间处于黑 夜工作的问题，研制了一种小型核能电池，将核反 射损夫的质量为△m号-2.5X1DMeV/,进 应释放的核能转变为电能，需要的功率并不大，并 项D错误.故选B、C.] ·188·